JP4381542B2 - クランクシャフトの複合加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクランクシャフトのセンタ基準穴と位相基準座等を加工するクランクシャフトの複合加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より自動車等のクランクシャフトの加工は、多量生産のためその工程を複数分割し加工タクトタイムを短くした、いわゆるトランスファー加工方式によるのが一般的である。また、このクランクシャフトのトランスファー加工ラインにおいては、後工程の加工基準とするために、径方向の基準となる両端のセンタ加工と、ピンジャーナルの回転位相の基準となる位相基準座加工とを早い工程で行っているが、両端のセンター加工を最初に行い、その後別工程で位相基準座加工を行っているのが通例である。
また、クランクシャフト加工の初工程で、全長決め両端加工、センタ加工と位相基準座加工とを行い工程集約を狙った加工装置の例として、コラム移動式マシニングセンタと、複数のワークバイスクランプ装置をその上に具備したターンテーブルとを組み合わせた構造の加工装置もあり、この装置は加工順序に従いワークを加工位置にターンさせ、１軸でＡＴＣ方式により各加工を行う構成である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来自動車等のクランクシャフトの加工は、多量生産のためのその工程を複数分割し、加工タクトタイムを短くした、トランスファー加工方式によるのが一般的である。また、このクランクシャフトのトランスファー加工ラインにおいては、後工程の加工基準とするために、径方向の基準となる両端のセンタ加工と、ピンジャーナルの回転位相の基準となる位相基準座加工とを早い工程で行っているが、両端のセンター加工を最初に行い、その後別工程で位相基準座加工を行っているのが通例であった。
【０００４】
例えば、（１）全長決め両端加工、センタ加工、（２）フロント部外径、リヤ部外径旋削、（３）メインジャーナル部外径加工、（４）位相基準座加工、（５）ピンジャーナル部外径加工、（６）後工程に続くの順に加工するライン構成の例がある。
このライン構成の場合、（４）位相基準座加工の前工程として（３）メインジャーナル部外径加工が入っているが、この工程は位相基準座を加工する際にメインジャーナル外径部を補助クランプ部として使用するため、この部の精度確保に要するのであり、このために工程が多くなっている。
【０００５】
そこで、本発明の目的はクランクシャフトのトランスファー加工設備において、その工程を集約することにより減らし、その設備をコンパクト化し、設備費の低減及び省スペースによる設置費用低減を狙ったものである。
また、クランクシャフト加工の初工程で、全長決め両端加工、センタ加工と、位相基準座とを加工し、工程集約を狙った加工装置の例として、コラム移動式マシニングセンタと複数のワークバイスクランプ装置をその上に具備したターンテーブルとを組み合わせた構造ものがあるが、この装置は加工順序に従いワークを加工位置にターンさせる方式であり、ターン時間を多く必要とし、かつＡＴＣ方式による１軸加工であるため加工時間が長く、全体のサイクルタイムが長くなり、短時間の加工ラインとしては採用出来なかった。
【０００６】
本発明は前記目的に加えるに、前記ターンテーブル付きマシニングセンタ構成の装置で達成できなかった工程集約と、サイクルタイムの短縮との同時達成を行うことをも目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明は、クランクシャフトを複合加工する加工装置であって、ワークをベッドに対し水平に（平行に）固定支持するワーク支持手段と、ワークの軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とに移動自在で、ワーク左右両端をそれぞれ加工するためのカッタを具備する両端面加工ユニットと、ワークの軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とに移動自在で、左右両端面にセンタ基準穴をそれぞれ加工するためのセンタドリルを備えたセンタ基準穴加工ユニットと、ワークの軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）と軸方向に直角かつ水平方向（Ｙ方向）とに移動自在で、ワークの所定のカウンタウエイト端面又はピンジャーナルボス部に基準座を加工するためのカッタを具備する位相基準座加工ユニットとを備えたクランクシャフトを複合加工する加工装置である。
【００１０】
上記構成の、ワーク水平に固定支持し、初工程で、全長決め両端加工及びセンタリングと位相基準座加工とを同一の工程で複合加工できる構成により、従来の位相基準座を加工する際に補助クランプ部として使用するため前もってその精度を確保するに必要な、メインジャーナル部外径加工を省き、後でこのメインジャーナル部外径部加工をピンジャーナル外径部加工の工程と同時に加工することで工程集約できる。この工程集約によりクランクシャフト加工ラインの工程を減らし、その設備をコンパクト化し、設備費の低減及び省スペースによる設置費用低減が可能となる。また、ワークの姿勢を変えることなくワンチャッキングで加工するので全長、センタ位置、位相基準座位置の各寸法精度が向上できる。
【００１１】
上記目的を達成するため請求項２記載の発明は、クランクシャフトを複合加工する加工装置であって、ワークを水平に支持し、ワークの軸方向に直角かつ水平方向（Ｙ方向）に移動自在なワーク支持手段と、ワークの軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とに移動自在で、ワーク左右両端をそれぞれ加工するためのカッタを具備する両端面加工ユニットと、ワークの軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とに移動自在で、ワーク左右両端面にセンタ基準穴をそれぞれ加工するためのセンタドリルを備えたセンタ基準穴加工ユニットと、ワークの軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とに移動自在で、ワークの所定のカウンタウエイト端面又はピンジャーナルボス部に基準座を加工するためのカッタを具備する位相基準座加工ユニットとを備えたクランクシャフトを複合加工する加工装置である。
【００１２】
上記構成の、ワークを水平に支持しワークをＹ方向に移動自在にしたことにより、上記請求項２記載の発明の効果に加えて、位相基準座加工ユニットがコンパクトになる効果が得られる。また、ワークの寸法違いへの対応、カッタの位置補正、カッタとワークとの干渉回避、位相基準座加工の際のカッタによるツールマーク回避等がプログラム指示で自動的に、極めて容易かつ精度良く行うことができる効果が得られる。
【００１３】
上記目的を達成するため請求項３記載の発明は、前記両端面加工ユニット、センタ基準穴加工ユニット及び位相基準座加工ユニットのそれぞれのワーク軸方向（Ｘ方向）又は上下方向（Ｚ方向）の駆動手段を共用するクランクシャフトを複合加工する加工装置である。
【００１４】
両端面加工ユニット、センタ基準穴加工ユニット、位相基準座加工ユニットのそれぞれのＸ方向又はＺ方向の駆動手段を共通化したことにより各ユニット独自に駆動手段を設ける必要がなく、装置全体がコンパクトになるばかりか設備費低減、省スペース、駆動エネルギの省エネルギに寄与できる。また制御軸数が減るので、ワークの全長、センタ位置、位相基準座位置の各寸法精度を向上できる。
【００１５】
上記目的を達成するため請求項４記載の発明は、前記ワーク支持手段はワークのメインジャーナルの外径部をＶ形爪により上下方向にバイスクランプするクランクシャフトを複合加工する加工装置である。
【００１６】
Ｖ形爪の採用により、ワーク径のバラツキを吸収して求芯クランプできるため加工精度が向上する。また、上下方向にクランプすることからワークと作業者の間に爪及びその駆動装置がなく、作業者のワーク位置へのアクセシビリティが良くなり、ワークの搬出入が容易となる、工具の交換が容易となるなどの作業性が向上する。
爪及びその駆動装置を立て置きとするため装置の奥行き方向が短くでき、装置全体を小型にでき、また、省スペースとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施の形態を詳述する。
先ず、図１〜図６に基づき本願発明を可能とした機械構成を詳述する。
【００１８】
図１〜図４に示す図面は、本願発明のクランクシャフトを複合加工する加工装置の全体を示す実施の形態であり、それらを参照して詳述する。
図１は加工装置の正面図であり、図２は加工装置の平面図であり、図３は加工装置の側面図であり、図４は図１のＡ−Ａ断面側面図である。
【００１９】
ベッド４の左右両端部に、左右一対の加工ユニット２０、２０´が設けてある。ベッド４の中央部にワーク支持手段３０を設けてあり、このワーク支持手段３０は左右一対の加工ユニット２０、２０´間に位置している。
前記各加工ユニット２０，２０´は全長決め用カッタ１，１´を備えた端面加工ユニット２１，２１´と、センタリング用ドリル３，３´を備えたセンタ基準穴加工ユニット２２，２２´と、位相基準面加工用カッタ２，２´を備えた位相基準座加工ユニット２３，２３´を有し、それぞれの加工ユニットは１つの加工ユニット本体２４，２４´に取り付けてある。前記ワーク支持手段３０は左右一対の縦型バイスクランプ装置５，５´を備えている。
【００２０】
ベッド４に対して水平に（平行に）ワーク６のメインジャーナルの外径部をＶ形爪７により上下方向にバイスクランプする縦型バイスクランプ装置（ワーク支持手段）５，５´で支持する。縦型バイスクランプ装置５，５´はワーク６の中心軸位置決め及び基準座位置決めのため、ワーク６の軸方向に直角かつ水平方向（Ｙ方向）に移動自在であり、かつワーク種違い対応のため、ワーク６の軸方向（Ｘ方向）に移動が可能となっている。
【００２１】
具体的にはベッド４に移動体３１がＹ方向に移動自在に取り付けてあり、この移動体３１に設けたナット部材３２に送りねじ杆３３が螺合し、その送りねじ杆３３をＹ軸モータ１２で回転することで移動体３１がＹ方向に移動する。
この移動体３１に左右一対の縦型バイスクランプ装置５，５´が図示しない駆動装置により左右移動可能にそれぞれ取り付けてある。
前記左右一対の端面加工ユニット２１，２１´はワーク６の軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とに移動自在であり、主軸モータ１１の駆動により全長決め用カッタ１，１´を駆動し、ワーク６の両端面を加工し、ワーク６の全長を決める。
【００２２】
前記左右一対のセンタ基準穴加工ユニット２２，２２´はワーク６の軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とに移動自在で、センタドリル３，３´を主軸モータ１１の駆動により回転し、ワーク６の両端面にセンタ基準穴を加工する。
前記左右一対の位相基準座加工ユニット２３，２３´はワークの軸方向（Ｘ方向）及び上下方向（Ｚ方向）に移動自在となっており、位相基準面加工用カッタ２，２´を主軸モータ１１により回転駆動し、ワーク６の所定のカウンタウエイト端面に基準面を加工する。
前記全長位置決め用カッタ１，１´及び位相基準面加工用カッタ２，２´はミーリングカッタ（フライスカッタ）である。
【００２３】
前記各カッタ移動のために、ベッド４の左右両側部に左右一対のベース部材２５，２５´が取り付けてあり、この各ベース部材２５，２５´に移動体２６，２６´がＸ方向に移動自在にそれぞれ取り付けてある。
この各移動体２６，２６´に前記加工ユニット本体２４，２４´がＺ方向に移動自在にそれぞれ取り付けてある。
前記ベース部材２５，２５´にＸ軸モータ１３，１３´が取り付けてあり、このＸ軸モータ１３，１３´で回転される横送りねじ杆２７，２７´を移動体２６，２６´に設けたナット部材２８，２８´に螺合し、Ｘ軸モータ１３，１３´を回転すると移動体２６，２６´がＸ方向に移動する。
前記移動体２６，２６´にＺ軸モータ１４，１４´が取り付けてあり、このＺ軸モータ１４，１４´で回転される縦送りねじ杆２９、２９´を加工ユニット本体２４，２４´に設けたナット部材３４，３４´に螺合し、Ｚ軸モータ１４，１４´を回転すると加工ユニット本体２４，２４´がＺ方向に移動する。
前記主軸モータ１１，１１´は加工ユニット本体２４，２４´に取り付けられ、プーリとベルト等の伝動機構を介して前記各加工ユニットの工具を回転する。
【００２４】
図５及び図６は縦型のバイスクランプ装置５、５´の詳細図であり、前記移動体３１のガイド３５に沿って移動する本体３６に上下一対のＶ形爪７が上下動自在に対向して取り付けてある。
油圧シリンダ８の駆動手段により一方のＶ形爪７を上下動すると共に、ラック１０を上下移動し、そのラック１０でピニオン９を作動させて、他方のＶ形爪７を上下動してワーク６を着脱自在とする。
【００２５】
次に本願発明の構成と作用につき従来例とを比較して説明する。
従来から、各エンジン製造メーカで製造サイクルタイムにより様々な工程があるが、その１例を示すと、図８のようになる。
この従来のクランクシャフトの複合加工方法は、その工程例として、▲１▼センタリングと全長決め、▲２▼リヤ旋削、▲３▼フロント旋削とレスト溝旋削、▲４▼ジャーナル外径荒仕上げ、▲５▼ジャーナル外径中仕上げ、▲６▼位相基準座加工、▲７▼ピン外径荒仕上げの多数工程がある。
【００２６】
そして、一方、本願発明は、図７に示すように、初工程で、センタリング工程と全長決め工程と位相基準座加工工程を集約し、以下順に、リヤ旋削工程、フロント旋削とレスト溝旋削工程、ジャーナル・ピン外径荒仕上げ工程の４工程で加工可能になる。
加工装置にワークを水平にチャッキングし、該ワークの軸方向の長さ寸法を決めるために、左右両端面をそれぞれほぼ上下方向のカッタ移動により加工し、ワークの全長を決める。
その後、該ワークの姿勢を変えることなく、把み換えをせず前記チャッキングのまま（ワンチャッキング）でそれぞれの両端面にワークの径方向の基準となるセンタ基準穴をセンタリング加工する。また、同様にワンチャッキングのまま、ワークの回転位相基準として、ワークの所定のカウンタウエイト端面又はピンジャーナルボス部にほぼ上下方向のカッタ移動により、位相基準座面を加工する。なお、センタリングする工程と位相基準座面を加工する工程はどちらの行程順が早くても良い。
【００２７】
以上述べたように、本願発明は、加工装置にワークを水平に支持し、ワンチャッキングで、ワーク姿勢を変えることなく以下の工程で加工を行うのを主旨としている。
すなわち、 ａ．ワークの軸方向の長さ寸法を決めて、ワークの左右両端面を加工するために、全長決め用カッタをほぼ上下方向に移動する。
ｂ．センタドリルをワーク軸方向（Ｘ方向）及び上下方向（Ｚ方向）に移動してワークの両端面にワークの径方向の基準となるセンタ基準穴を加工する。
ｃ．位相基準面加工用カッタを移動して、ワークの所定のカウンタウェイト端面又はピンジャーナルボス部に基準座を加工する。
以上のａ、ｂ、ｃの工程を組み合わせてなるクランクシャフトの複合加工方法であり、従来の多数の工程を集約できるので、その設備を簡素化し、設備費の低減及び省スペースによる設置費用低減が可能となる。また、ワークの姿勢を変えることなくワンチャッキングで加工するので、全長、センタ位置、位相基準座位置の各寸法精度を向上できる。
【００２８】
図面に基づいて、本願発明の加工順の実施例１を説明すると、 図９及び図１０は位相基準面を加工しているときの平面図及び正面図である。先ず、位相基準座加工ユニットに取り付けた位相基準面加工用カッタ２，２´をＺ方向に移動させてワークの基準面を加工する。
次に、バイスクランプ装置５，５´に支持されたワーク６をＹ方向に移動させ、センタドリル回転軸をワークの軸垂直面に合わせると共に、両端面加工ユニットをＺ方向に移動させて、該ユニットに取り付けた全長決め用カッタ１，１´によりワークの両端面を加工する。（図１１、図１２）
最後に、センタ基準穴加工ユニットをＺ方向に移動させて、センタドリル回転軸をワーク軸に合わせ、センタドリル３，３´をＸ方向に送り、センタ基準穴を加工する。（図１３、図１４）
【００２９】
また、本願発明の加工順の実施例２を説明すると、先ず、両端面加工ユニットをＺ方向に移動させて、全長決め両端面を全長決め用カッタ１，１´によりワーク６の両端面を加工する。（図１５、図１６）
次に、センタ基準穴加工ユニットをＺ方向に移動し、センタドリル回転軸をワーク軸に合わせ、その後、センタドリル３，３´をＸ方向に送りセンタ基準穴を加工する。（図１７，図１８）
次に、ワーク６をＹ方向に移動させて位相基準座加工面を位置決めし、位相基準加工ユニットに取り付けられた位相基準面加工用カッタ２，２´をＺ方向に移動させて位相基準面を加工する。（図１９、図２０）
【００３０】
さらに、本願発明の加工順の実施例３を説明すると、先ず、装置をＺ方向に移動して、両端面加工ユニットに取り付けた全長決め用カッタ１，１´と位相基準加工ユニットに取り付けた位相基準用カッタ２，２´とにより、全長決め両端面と位相基準面を同時に加工する。（図２１，図２２）
次に、センタ基準穴加工ユニットをＺ方向に移動させ、センタドリル回転軸をワーク軸に合わせた後、センタドリル３，３´をＸ方向に送り、センタ基準穴を加工する。（図２３、図２４）
【００３１】
図２５はワーク６を固定し、各カッタ側を移動させる場合の本願発明の加工順の実施例である。（実施例４）
加工装置は全長決め用カッタ１，１´、位相基準面加工用カッタ２，２´、センタドリル３，３´を備えている。
位相基準面用カッタはＸ方向、Ｚ方向及びＹ方向に移動自在であり、全長決め用カッタ１，１´及びセンタドリル３，３´のＸ方向及びＺ方向に移動自在である。
この際、Ｘ方向又はＺ方向の駆動手段は共用しても良い。
ワークは位相決め基準１５及び長手方向基準１６を備えている。
【００３２】
本加工工程組み合わせ実施例を説明すると、本構成では加工工程組み合わせは、次のＡ、Ｂ、Ｃが考えられる。そして、その加工工程組み合わせ実施例Ａは、第１加工工程では全長決めカッタ１，１´でワーク６の両端面を加工する。第２加工工程では位相基準面加工用カッタ２，２´で位相基準面を加工する。第３加工工程ではセンタドリル３，３´でセンタ穴を加工する。
加工工程組み合わせ実施例Ｂは、第１加工工程では全長決めカッタ１，１´でワーク６の両端面を加工する。第２加工工程ではセンタドリル３，３´でセンタ穴を加工する。第３加工工程では位相基準面用カッタ２，２´で位相基準面を加工する。
【００３３】
さらに、加工工程組み合わせ実施例Ｃは、第１加工工程では位相基準面用カッタ２，２´で位相基準面を加工する。第２加工工程では全長決めカッタ１，１´でワーク６の両端面を加工する。第３加工工程ではセンタドリル３，３´でセンタ穴を加工する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態になるクランクシャフトを複合加工する加工装置を示す正面図である。
【図２】図１に示された加工装置の平面図である。
【図３】図１に示された加工装置の側面図である。
【図４】図１に示された加工装置のＡ−Ａ断面図である。
【図５】縦型バイスクランプ装置の正面図である。
【図６】図５に示された縦型バイスクランプ装置の側面図である。
【図７】初工程に位相基準座加工を取り込み、工程集約した、本願発明の工程ブロック図である。
【図８】従来のクランク加工ラインの工程を示す工程ブロック図である。
【図９】本願発明実施例１の第１工程の平面図である。
【図１０】図９に示された第１工程の正面図である。
【図１１】実施例１の第２工程の平面図である。
【図１２】図１１に示された第２工程の正面図である。
【図１３】実施例１の第３工程の平面図である。
【図１４】図１３に示された第３工程の正面図である。
【図１５】本願発明実施例２の第１工程の平面図である。
【図１６】図１５に示された第１工程の正面図である。
【図１７】実施例２の第２工程の平面図である。
【図１８】図１７に示された第２工程の正面図である。
【図１９】実施例２の第３工程の平面図である。
【図２０】図１９に示された第３工程の正面図である。
【図２１】本願発明実施例３の第１工程の平面図である。
【図２２】図２１に示された第１工程の正面図である。
【図２３】実施例３の第２工程の平面図である。
【図２４】図２３に示された第２工程の正面図である。
【図２５】本願発明の実施例４の作用説明図である。
【符号の説明】
１ …全長決め用カッタ
１´…全長決め用カッタ
２ …位相基準面加工用カッタ
２´…位相基準面加工用カッタ
３ …センタドリル
３´…センタドリル
４ …ベッド
５ …縦型バイスクランプ装置
５´…縦型バイスクランプ装置
６ …ワーク
７ …Ｖ形爪
８ …油圧シリンダ
９ …ピニオン
１０…ラック
１１…主軸モータ
１１´…主軸モータ
１２…Ｙ軸モータ
１３…Ｘ軸モータ
１３´…Ｘ軸モータ
１４…Ｚ軸モータ
１４´…Ｚ軸モータ
１５…位相決め基準
１６…長手方向基準
２０…加工ユニット
２０´…加工ユニット
２１…端面加工ユニット
２１´…端面加工ユニット
２２…センタ基準穴加工ユニット
２２´…センタ基準穴加工ユニット
２３…位相基準座加工ユニット
２３´…位相基準座加工ユニット
２４…加工ユニット本体
２４´…加工ユニット本体
２５…ベース部材
２５´…ベース部材
２６…移動体
２６´…移動体
２７…横送りねじ杆
２７´…横送りねじ杆
２８…ナット部材
２８´…ナット部材
２９…縦送りねじ杆
２９´…縦送りねじ杆
３０…ワーク支持手段
３１…移動体
３２…ナット部材
３３…送りねじ杆
３４…ナット部材
３４´…ナット部材
３５…ガイド
３６…本体

Claims (4)

1. クランクシャフトを複合加工する加工装置であって、ワークをベッドに対し水平に固定支持するワーク支持手段と、ワークの軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とに移動自在で、ワーク左右両端をそれぞれ加工するためのカッタを具備する両端面加工ユニットと、ワークの軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とに移動自在で、左右両端面にセンタ基準穴をそれぞれ加工するためのセンタドリルを備えたセンタ基準穴加工ユニットと、ワークの軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）と軸方向に直角かつ水平方向（Ｙ方向）とに移動自在で、ワークの所定のカウンタウエイト端面又はピンジャーナルボス部に基準座を加工するためのカッタを具備する位相基準座加工ユニットとを備えたことを特徴とするクランクシャフトを複合加工する加工装置。
2. クランクシャフトを複合加工する加工装置であって、ワークを水平に支持し、ワークの軸方向に直角かつ水平方向（Ｙ方向）に移動自在なワーク支持手段と、ワークの軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とに移動自在で、ワーク左右両端をそれぞれ加工するためのカッタを具備する両端面加工ユニットと、ワークの軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とに移動自在で、ワーク左右両端面にセンタ基準穴をそれぞれ加工するためのセンタドリルを備えたセンタ基準穴加工ユニットと、ワークの軸方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とに移動自在で、ワークの所定のカウンタウエイト端面又はピンジャーナルボス部に基準座を加工するためのカッタを具備する位相基準座加工ユニットとを備えたことを特徴とするクランクシャフトを複合加工する加工装置。
3. 前記両端面加工ユニット、センタ基準穴加工ユニット及び位相基準座加工ユニットのそれぞれのワーク軸方向（Ｘ方向）又は上下方向（Ｚ方向）の駆動手段を共用した請求項１又は２記載のクランクシャフトを複合加工する加工装置。
4. 前記ワーク支持手段は、ワークのメインジャーナルの外径部をＶ形爪により上下方向にバイスクランプする請求項１〜３のいずれか１項記載のクランクシャフトを複合加工する加工装置。

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